El 'Cúmulo Bala' y la existencia de la materia oscura // The Bullet Cluster and the existence of Dark Matter

He decidido empezar a escribir acerca del Cúmulo Bala, o Bullet Cluster (permitidme que me refiera a él desde ahora en inglés porque se me haría muy raro si no). El principal motivo de esto es que es la foto que está de fondo en el blog, y que viene por defecto en una de las plantillas de blogger. Y me gustaría compartir con vosotros el porqué de esta decisión.

Muchos os estaréis preguntando qué es un cúmulo. No soy un fan de la traducción al español del inglés 'cluster', pero básicamente es un agregado de objetos, o un conjunto de entes que están lo suficientemente cerca para tener cierta relación entre ellos. En este caso se trata de dos cúmulos de galaxias que tiene forma de bala y de ahí el nombre.

Cualquiera que haya leído algún artículo sobre Cosmología estará harto de encontrarse con la manida frase de: ¨Los cúmulos de galaxias son los objetos gravitacionalmente unidos más grandes del Universo¨. Esa es la principal característica de los cúmulos: todas las galaxias pertenecientes a ellos están unidas entre sí mediante la atracción gravitatoria, de manera análoga a los distintos cuerpos en el sistema solar.

Sin embargo, y aquí viene lo interesante, cuando se miden por métodos indirectos la masa de las galaxias que componen los cúmulos más cercanos (y por tanto más faciles de observar), se observa que falta mucha materia para explicar los movimientos internos del cluster. Me explico, de la misma manera que sabemos la masa del Sol, por la velocidad a la que se mueven los planetas alrededor de él, se puede calcular la 'profundidad' del pozo gravitatorio del cluster por el movimiento de las galaxias en su interior.

El problema es que falta mucha masa dentro de los clusters, se sabe que hay algo que pesa y que ejerce una atracción gravitatoria, pero nadie sabe exactamente qué puede ser y porqué está ahí. Así que los físicos han decidido llamar a esta masa tan extraña por el nombre tan original de ¨Materia Oscura¨. Hay más indicios de la existencia de esta 'sustancia' tan esquiva, pero los dejaremos para futuros posts.

La imagen a la derecha es una composición de tres imágenes. La primera de ellas, la del fondo, que es en el visible, es decir, es la que veríamos todos con los nuestros ojos si tuviéramos un telescopio lo suficientemente potente. Se pueden ver perfectamente las distintas galaxias que constituyen el cluster. En rosa tenemos la foto tomada en Rayos-X (los mismos que en una radiografía) por el telescopio espacial Chandra. Al igual que un hierro cuando se calienta pasa al rojo, luego al naranja y luego al amarillo, el gas también cambia de color en función de su temperatura. Este gas está tan caliente que emite en Rayos-X. Por último en azul está la densidad de materia calculada usando un método que se llama 'Lentes Gravitacionales' que es suficientemente complicado para ocupar varios posts el sólo. Por lo de ahora, os pido que simplemente os creáis  que en azul está superpuesta la distribución de masas de los clusters (más brillante implica más masa).

Si no existiera materia oscura, lo normal es que las galaxias (hechas de materia ordinaria como nosotros) y el gas estuvieran mezclados, y en caso de choque de dos cúmulos el gas interactuaría con la masa contenida en las galaxias. Sin embargo, como la masa de materia oscura es mucho mayor que la del gas y las galaxias juntas, son los dos pozos de materia oscura las que dinámicamente dominan el choque. Es decir, las galaxias están atrapados en esos pozos de gravitación. Por ello, es fácil ver que la mayor parte de las galaxias se encuentran distribuidas de acuerdo con la materia oscura y el gas calentado por el choque de galaxias está entre los dos cúmulos.

En esta simulación se observa este proceso. Inicialmente las nubes de materia oscura (en azul) y de gas (en rosa) son coincidentes en cada cluster. A medida que los clusters se acercan, el gas de uno interacciona hidrodinámicamente con el del otro calentándose. Hidrodinámicamente quiere decir que obedecen las leyes de la mecánica de fluidos y se calientan al colisionar las dos masas Cuando las fuerzas hidrodinámicas se convierten en más poderosas que la gravedad, el gas queda liberado de su influencia y empieza a actuar de forma diferente al resto de partículas en el cúmulo. Las galaxias, en cambio, al estar ligadas a la materia oscura, no interaccionan (en general) entre ellas y permanecen en su pozo gravitacional ajenas a la 'fiesta' del gas.

 La importancia de este cluster es que representa uno de los primeros ejemplos de como la materia oscura domina dinámicamente las interacciones entre los objetos más grandes del universo y supuso toda una revolución en Cosmología. También creo que es muy fácil de entender el proceso, y existe mucha información en la web.Por eso cuando vi la foto en blogger, decidí que era perfecta para adornar Barionia.

Estaré encantado de responder a todas vuestras preguntas en los comentarios, o en caso de que sean muy largas en nuevos posts. Y si he cometido algún error, por favor, decídmelo lo antes posible.

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I have decided to start writing about the Bullet Cluster. The main reason for this is that the background photo is on the blog, and that comes by default in one of the blogger templates. And I'd like to share with you why I made this decision.

Many of you might be wondering what is a cluster. Basically it is an aggregate of objects, or a set of entities that are close enough to have some relationship between them. In this case there are two clusters of galaxies that is bullet shaped, hence the name.

Anyone who has read some papers on cosmology will be tired of the following phrase: ¨ Clusters of galaxies are biggest gravitationally bound objects in the universe¨. This is the main characteristic of clusters: all galaxies within them are bound together by gravitational attraction, analogously to how the different bodies move in the Solar System.

However, and here comes the interesting part, when measured by indirect methods, the mass of the galaxies that constitute the closest clusters (and therefore easier to observe), is far less than what it is needed to explain the internal motions of the cluster. In the same way that we know the mass of the Sun, by the speeds at which the planets move around it, we can calculate the 'depth' of the gravity well of the cluster by measuring the speeds of the galaxies moving inside.

The problem is that it takes a lot of mass in clusters, it is known that there is something that weighs and which exerts a gravitational pull, but nobody knows exactly what can be and why it's there. So physicists have decided to call this mass strange as the original name ¨ ¨ Dark Matter. There is more evidence of the existence of this 'substance' as elusive, but leave it for future posts.

The right image is a composite of three images. The first of them, the background in the visible, that is, it is what we all would see with our own eyes if we had a sufficiently powerful telescope. You can perfectly see the various galaxies making up the cluster. In pink we have the photo taken in X-rays (similar to a body X-ray) by the Chandra space telescope. As the iron when heated turns into red, then into orange, and finally into yellow, the gas also changes color depending on its temperature. This gas is so hot that it emits X-rays. Finally in blue the matter density is plotted, calculated using a method called 'Gravitational Lensing' that is complicated enough to occupy several posts on its own. As of now, I ask you to simply believe that blue is superimposed mass distribution of clusters (brighter means more mass).

If there is no dark matter, the galaxies (made of ordinary matter as we do) and gas would be mixed, and in case of collision between two clusters interact the gas will interact gravitationally with the galaxies. However, as the mass of dark matter is much higher than the mass of the gas and galaxies together, the two wells of dark matter dynamically dominate the collision. That is, the galaxies are trapped in the gravitation wells. In the image, it is easy to see that most of the galaxies are distributed according to the dark matter and the shocked hot gas is between the two clusters.

In this simulation we can observe this process. Initially the clouds of dark matter (in blue) and gas (in pink) are coincident in each cluster. As the clusters approach, the clouds of gas interact hydrodynamically with the each other. By Hydrodynamically, I mean that they obey the laws of fluid mechanics and therefore as the two masses collide they become hot. When the hydrodynamic forces become more powerful than gravity, the gas is released from its influence and begins to act differently to the rest of particles in the cluster. Galaxies, however, remain linked to dark matter, and do not interact (in general) between them and they stay in the gravitational wells outside the 'party' that is being held by the gas.


The importance of this cluster is that it represents one of the first examples of how dark matter is really important to understand the dynamics of the largest objects in the universe and was a revolution in cosmology. I also find it relatively easy to understand the process, and there is much information on the web. So, when I saw the picture in blogger, I decided it was perfect for decorating Barionia.

I am really happy to answer all your questions as comments, or if they are very long on a new post. And if I have made a major mistake, please do not hesitate to tell me!!!

Después de muchos años vuelvo a escribir en Barionia

He estado muchos años sin escribir aquí, no porque no tuviera nada que decir, si no, porque no tenía tiempo. Los dos años en Los Ángeles fueron realmente complicados, y la verdad es que se me hizo difícil seguir escribiendo.

He decidido que como últimamente todo el mundo está politizado que no voy a escribir sobre política más en este blog. No quiero que se me llene de trolls, y que parezca un episodio del Hobbit, en vez de realizar comentarios mordaces e inteligentes (que son los que me gustan). El único comentario que voy a hacer al respecto, es que estoy muy harto de gente que se vuelve políticamente activa dependiendo del color del gobierno. Y he de decir que es una especie que se da en dos variantes, seguro que todos tenemos en mente alguno.

Pues eso, que voy a a intentar escribir más, pero me voy a quedar en la Ciencia, siguiendo el ejemplo de mi amiga Hannah, que está haciendo un trabajo extraordinario en http://stellarplanet.blogspot.co.uk/. Voy a escribir en español e intentar usar el traductor de google para traducirlo al inglés en la misma entrada. Así que por favor disculpad los errores.

Y nada más, espero que me sigáis, y que disfrutéis con lo que escribo.


Un abrazo a todos.

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It has been a while since I wrote here, not because I had nothing to say, but I did not have the time. The two years in LA were really complicated, and the truth is that I found it difficult to keep onwriting.

I have decided that as lately everyone is talking about politics, I will not write about it any more in this blog. I do not want to have it full with trolls, and looking like an episode of Hobbit, instead of making intelligent and sarcastic (which are the ones I like). The only comment I'm going to do about it, is I am so sick of people that become politically active depending on the colour of the government. And I must say that it is a species that occurs in two variants, and I am sure we all have in mind any individual.

I am going to try to write more, but I'm staying in Science, following the example of my friend Hannah, who is doing an outstanding job http://stellarplanet.blogspot.co.uk/. I will write in Spanish and try to use the google translator to translate it into English in the same entry. So please excuse any errors.

And nothing else, I hope you follow me, and that you enjoy what I write.


A hug to everyone.